산사면의 지진동 기하학적 증폭 특성 규명

Abstract

지진 시 사면의 안정성은 여러 요인의 영향을 받게 되므로 정확한 사면안정 평가는 각각의 효과를 파악하여 고려하여야 한다. 계측기록의 분석과 현장 측정을 통해 지진 증폭의 지형적인 영향에 대한 선행 연구가 수행되었으며, PGA 분석은 사면 정상부에서 증폭이 자유장 표면보다 25~50% 높게 나타난다는 연구보고가 있다. 본 연구에서는 터널의 갱구부 사면을 선정하여 경사 기반암 상부에 토사층이 피복한 특정한 형태의 사면으로 모델링하고 입력지진의 PGA, 토사층의 전단파 속도와 두께를 변화시켜 다양한 사례에 대한 유사정적해석과 2차원 동해석을 실시하였다. 해석 결과의 비교를 통하여 파괴면을 결정하고 파괴토체 내부의 모든 요소에 작용하는 PGA를 구하여 평균값과 기반암 노두에서의 PGA를 비교하여 증폭계수를 산정하였다. 이는 기존의 증폭계수 산정 시 지표면 또는 사면 정상에서의 최대 가속도만을 고려하는 것보다 합리적이다. 계산된 증폭계수는 입력지진파의 최대가속도, 기반암 출현심도, 토사층의 전단파 속도를 기준으로 분포시켜 증폭계수의 분포특성을 분석하였다. 입력지진파의 PGA는 증폭계수의 크기와 반비례하는 경향성을 보였으며, 기반암 출현심도는 증폭계수 값의 분산에 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 또한 토사층의 전단파 속도는 증폭계수와 정비례하는 경향을 보이고 있다. 계산된 증폭계수를 국내 내진설계기준에서 수평지반에 대하여 제시된 증폭계수 및 국내 지반환경에 적합하도록 새롭게 제시된 2-매개변수 지반분류 방법에서 제안된 증폭계수와 비교하였다. 비교 결과, 계산된 증폭계수는 현행 국내 내진설계기준에서 제시된 수평지반에 대한 증폭계수 대비 35~93%, 2-매개변수 지반분류 방법에 의한 증폭계수의 30~43% 수준으로 나타났다. 즉, 수평지반 증폭계수를 산사면의 지진해석에 사용하는 것은 극히 보수적이며 하향 조정되어야 하는 것으로 판단된다.